# 7 COPROCESAMIENTO EN REFINERIAS

COPROCESAMIENTO EN REFINERIAS

El coprocesamiento es una técnica de refinación que consiste en procesar materias provenientes de fuentes renovables (aceites vegetales, aceite de cocina usado o UCO , por sus siglas en inglés, o grasas animales) mezcladas con fracciones de petróleo crudo en las unidades de hidrotratamiento o hidrocraqueo de una refinería existente. Los productos de estas unidades son luego sometidos a procesos de eliminación de contaminantes y de separación en los componentes de los combustibles producidos por la refinería (naftas, kerosene y combustibles de aviación y diesel),es decir, los biocomponentes se integran directamente durante las operaciones de refinación.

Beneficios del Coprocesamiento

La adopción de esta tecnología ofrece algunas ventajas para la industria de la refinación y su producción de biocombustibles:

• Utiliza la infraestructura, los medios de transporte e instalaciones de almacenamiento existentes, lo que minimiza los gastos de capital y de operación en comparación con la construcción de nuevas plantas dedicadas a producir biocombustibles.
• Permite la rápida entrada al mercado ya que la producción de combustibles renovables puede comenzar en meses en lugar de años.
• Produce combustibles químicamente idénticos a los derivados del petróleo, llamados también de tipo ¨drop-in ¨ o mezcla directa, lo que garantiza su compatibilidad total con los motores, sistemas de distribución e infraestructura existentes sin hacer modificaciones.
• Permite reducciones graduales en la producción de gases de efecto invernadero (GEI) de la refinería y de los combustibles de transporte que produce.
• Permite mayor flexibilidad operativa ya que los refinadores pueden ajustar el contenido renovable según las condiciones del mercado y los requerimientos legales ambientales vigentes y tienen la opción de operar la unidad únicamente en modo fósil (petróleo crudo) si hay escasez de materia prima biológica.En algunos países puede dar mayor seguridad energética al reducir las necesidades de importar combustibles fósiles.

Caracteristicas del Proceso

El coprocesamiento se define por la incorporación de diversos tipos de biomasa en puntos específicos del esquema tradicional de refinación.

Las materias primas más usadas incluyen aceites vegetales (soja, palma, canola, colza), grasas animales, aceite de cocina usado (UCO) y biocrudos derivados de biomasa forestal o lignocelulósica sometida a pirólisis o gasificación mezclados con la alimentación usual a la unidad de refinación.

Las unidades de refinería mejor adaptadas para este proceso son los hidrotratadores (especialmente de queroseno y diésel), los hidrocraqueadores y las unidades de craqueo catalítico fluidizado (FCC). Aunque los límites actuales suelen rondar el 5% en volumen para cumplir con normativas como la ASTM D1655 para aviación, algunas operaciones avanzadas están alcanzando tasas de coprocesamiento superiores al 20%.

Las principales reacciones que ocurren durante el coprocesamiento son:

• Hidrodesoxigenación (HDO) - remueve O₂ por combinación con H₂ formando agua.
• Hidrodescarboxilación (HDC) - remueve oxígeno formando CO₂.
• Hidrodescarbonilación (HDCN) - remueve oxígeno como CO

Estas reacciones transforman los triglicéridos de los aceites vegetales en parafinas lineales, que usualmente se isomerizan para mejorar sus características de fluidez.

Dado que las moléculas fósiles y biológicas no pueden separarse físicamente tras el proceso en su unidad respectiva, la definición del contenido de material biogénico en la mezcla se calcula mediante balances de masa o contenido energético tal y como se hace en la industria petroquímica o mediante el método de radiocarbono. La norma ASTM D6866 (USA), EN 16640 (Europa) o ISO16620 (Universal) se basa en que el isótopo ¹⁴C está presente en los organismos vivos pero desaparece en los combustibles fósiles (su vida media es 5.730 años).

Estas limitaciones del cálculo de la producción de material biogénico y la inexistencia de estadísticas públicas hacen difícil el cálculo de la participación volumétrica del SAF producido por coprocesamiento dentro del pool universal. Sin embargo, algunos analistas estiman que su participación es de 5 a 10% del pool (aprox. 1,9 millones de toneladas en 2025).

Problemas

La introducción de materiales biológicos como alimentación en unidades diseñadas para hidrocarburos fósiles presenta desafíos técnicos importantes:

• El primero es la demanda de hidrógeno: Las materias primas renovables contienen altos niveles de oxígeno, lo que aumenta significativamente el consumo de hidrógeno para la desoxigenación y requiere incrementar la disponibilidad de hidrógeno.
• Corrosión y formación de agua: La conversión de oxígeno genera agua y compuestos acídicos corrosivos por lo que se deben emplear materiales resistentes a la corrosión y mejorar los sistemas de separación y disposición de agua.
• Desactivación de catalizadores: Los elementos contaminantes como el fósforo y los metales presentes en la biomasa pueden envenenar el catalizador, además la tendencia a formar coque reduce la vida útil de los catalizadores. Se necesitan catalizadores especializados para hidrodesoxigenación y desparafinado profundo y el pretratamiento de la alimentación para proteger la actividad catalítica.
• Inmiscibilidad: Algunos bioaceites de pirólisis (pirolatos) no se mezclan fácilmente con corrientes de petróleo lo que hace necesario utilizar aparatos de mezcla especializados o inyectar las corrientes en diferentes posiciones axiales dentro del reactor, no antes.

Aplicaciones más importantes

El coprocesamiento tiene un impacto crítico en el sector de los combustibles sostenibles de aviación (SAF) y se ha convertido en la vía más rápida y económica para cumplir con los mandatos estatales y regionales de mezcla en la industria aeronáutica.

En el sector de diesel y gasolinas renovables el coprocesamiento mejora la calidad del "pool" de combustibles, aumentando en ocasiones el número de cetano y reduciendo el contenido de azufre, ya que la biomasa no contiene azufre.

En la industria química, el coprocesamiento de plásticos residuales licuados permite obtener materias primas para la producción de nuevos plásticos (economía circular).

Limitaciones del coprocesamiento en refinerías

En aquellas refinerías que deseen producir SAF para su comercialización, hay ciertas limitaciones:

ASTM limita en su norma ASTM D1655 - 24b la cantidad de alimentación a las unidades de la refinería que procesan los materiales obtenidos de la biomasa (mono, di y triglicéridos, ácidos grasos libres y sus ésteres), estas son las unidades de hidrotratamiento e hidrocraqueo, hasta un 5% en volumen de la alimentación de la unidad. El límite también incluye a los materiales obtenidos mediante el proceso Fischer-Tropsch. En el caso de coprocesar materiales previamente hidroprocesados el límite es 24% en volumen.

En todo caso, establece un límite de un máximo del 10 % en el volumen de hidrocarburos sintéticos contenidos en cualquier lote de combustible para aviones jet.

También indica que los combustibles jet que contengan ésteres y ácidos grasos cohidroprocesados, hidrocarburos producidos vía Fischer-Tropsch o ésteres de ácidos grasos deberán someterse a las siguientes pruebas adicionales de calidad: Estabilidad Térmica, Viscosidad a - 40 ℃, Punto de congelación, Contenido de ésteres y ácidos grasos no convertidos, Contenido de aromáticos, Volatilidad y Lubricidad.

Refinerías con coprocesamiento (ejemplos)

Petrobras - Refinería Henrique Lage: procesa aceite vegetal de maíz o soya en hidrotratadores.
                - Refinería Riograndense: ha procesado 5 % de pirolato de origen vegetal en                             unidad de craqueo catalítico (FCC)

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Repsol (España) - Refinerías de Puerto Llano, Tarragona y Bilbao. Procesan UCO.                                  (Producción total: 25 Kton /año).

Porvoo (Finlandia ) - hidrotrata aceite de colza

Burnaby (Canadá) – coprocesa hasta 20% de aceite de canola en FCC

Lingen (Alemania) – coprocesa aceite de cocina usado (UCO) en unidad de hidrocraqueo.

Tendencias

El coprocesamiento sigue evolucionando en las siguientes áreas:

• Uso de la IA para optimizar la operación y específicamente para predecir la desactivación de catalizadores.
• Integración de biocrudos (pirolatos) producidos vía pirólisis.
• Desarrollo de procesos de tratamiento de la alimentación para eliminar contaminantes de los catalizadores (fósforo, metales y coque) en mayor escala.
• Implementación del ¨blockchain¨para rastrear y certificar el origen biogénico de los combustibles.

Conclusiones

El coprocesamiento de materiales provenientes de recursos renovables permite a las refinerías producir una gama de productos "drop-in", los cuales son químicamente idénticos a sus contrapartes fósiles y compatibles con los motores y los sistemas de manejo actuales.

El coprocesamiento puede realizarse en unidades de hidrotratamiento o inclusive de craqueo catalítico.

El coprocesamiento ha permitido que muchas empresas aeronáuticas cumplan el mandato del 2% de SAF en el combustible de aviación europeo.

Aunque existen desafíos relacionados con la logística de la biomasa y sus derivados y la gestión de la vida útil de los catalizadores, la tecnología es una solución madura ya usada en la industria de refinación y financieramente atractiva para acelerar la transición de la industria de refinación hacia una matriz energética más sostenible utilizando la infraestructura existente.

FUENTES

Pall Corporation - https://www.pall.com/en/decarbonization/blog/renewable-fuel-production-from-co-processing.html

TOPSOE - https://www.topsoe.com/blog/everything-youve-wanted-to-know-about-coprocessing-but-were-afraid-to-ask.

ASTM D1655 - 24b